冗余模块耗尽后模块化多电平换流器的运行分析

张楠，周月宾，杨柳，曹琬钰

(1.南方电网超高压输电公司检修试验中心，广州 510663；2. 直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院)，广州 510663)

0 引言

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)在各方面具有优越的特性[1 - 3]，已经在柔性直流输电系统中得到了广泛应用，并成为影响未来电网发展格局的关键技术[4 - 7]。MMC的桥臂由多个子模块级联构成。为了提高工程的运行可靠性，在每个桥臂中额定子模块数量的基础上，均会再配置一定数量的冗余子模块，在某些子模块发生故障时，通过模块输出端口设置的旁路开关快速将其隔离，维持换流器继续稳定运行。

冗余子模块数量通常按照一定比例设置[8 - 13]。当某一桥臂被旁路的子模块数量超过设计的冗余数时，在目前的方式下MMC会立刻停运，检修更换子模块。在送电高峰时期，这会造成直流系统停运较长时间，降低经济性。对于海上风电送出柔性直流工程来说，海上换流站的检修维护将更加困难，系统停运造成的功率损失更大。实际应用中，为了尽可能地保障直流系统的能量可用率，一般配置约5%～8%冗余子模块数量，同时配备一定数量的备品备件，一般经验值为3%，最大限度地防止冗余耗尽故障，以保障柔性直流换流阀的运行可靠性，但是过多的子模块冗余增加了设备投资。基于经济性和可靠性考虑，有必要针对冗余耗尽后MMC的运行能力进行研究。

对于常规直流输电以及基于两电平、三电平换流器的柔性直流输电工程，在通过器件串联组成的换流阀中，冗余的损失会增加剩余换流阀功率器件的电压应力，因此，冗余耗尽后需要停运直流系统。……